典型船舶空间节点结构优化设计研究

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1、分类号学号M201271417学校代码10487密级硕士学位论文典型船舶空间节点结构优化设计研究学位申请人：刘甜甜学科专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：程远胜教授答辩日期：2015.05.23ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringOptimizationDesignofShipBracketStructuresCandidate:LiuTiantianDesign

2、andManufactureofNavalMajor:ArchitectureandOceanStructureSupervisor:ProfessorChengYuanshengHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果

3、。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文

4、作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日I华中科技大学硕士学位论文摘要船舶结构的安全性在船舶设计中占据了重要地位，是设计者、建造者以及营运人员最为关注的问题。肘板结构是船舶节点的主要结构形式，这种结构型式是造成应力集中的主要原因，有研究表明船舶破坏主要发生在船舶肘板节点上，减少船舶节点结构破坏的主要方法是降低肘板节点处的拉应力。因此本文在应用子模型技术对肘板节点结构进行细致应力分析的基础上，对肘板节点结构进行优化研究，以降低肘板区域的应力集中。本文首先利用有限元分析软件Ansys对船舶舱段结构进行强度分析

5、，根据该强度分析结果，选择了靠近船艏方向的舱壁与第二平台桁材连接处的节点结构进行更详尽的应力分析和优化研究。建立该肘板节点结构的有限元子模型，利用子模型技术对该肘板节点结构进行应力分析，通过路径插值分析证明了本文所应用的子模型技术可以用来考察该肘板节点结构的强度性能。为考量肘板在该节点结构中的作用，应用子模型技术对该节点结构中存在肘板和不存在肘板的情况进行应力分析，两种情况的应力结果对比表明，肘板的存在改善了舱壁桁材和平台桁材连接处的应力集中，增强了桁材的抗弯特性，但是肘板的存在导致了肘板与桁材面板连接处的应力集

6、中。为改善肘板节点结构的应力集中，本文采用Optistruct软件对肘板节点结构分别进行了形状优化和拓扑优化研究。形状优化数学模型的设计变量为肘板腹板臂长的改变量，通过Hypermorph创建该形状变量，目标函数为肘板区域的最大mises应力最小化，约束函数为与肘板连接的桁材面板交汇处的mises应力和与肘板连接的桁材腹板交汇处的mises应力。肘板节点结构的形状优化得到了肘板腹板的最佳臂长，使得肘板区域应力集中得到改善。对肘板节点结构的拓扑优化分为两级进行，第一级拓扑优化数学模型的设计变量为肘板结构的单元密度，

7、目标函数为与肘板连接的桁材面板交汇处的最大mises应力最小，约束函数为与肘板连接的桁材腹板交汇处的mises应力；第二级拓扑优化数学模型的设计变量为第一级拓扑优化工程化处理后的新型肘板结构的面板单元密度，目标函数是肘板腹板的最大mises应力最小化，约束函数是与肘板相连接的桁材面板交汇处的mises应力和与肘板相连接的桁材腹板交汇处的mises应力。肘板节点结构的分级拓扑优化得到了肘板材料的最佳分布，极大地降低了肘板区域的应力集中。本文提出的肘板节点结构分析与优化设计的思路和方法，可为类似结构分析与优化设计II

8、华中科技大学硕士学位论文提供参考。关键词：船舶肘板；应力集中；子模型技术；形状优化；拓扑优化III华中科技大学硕士学位论文AbstractSafetyoftheship'sstructure，whichoccupiestheimportantstatusinshipdesign,istheprimaryissuethatdesigners,buildersandopera